第四章第七讲材料科学与工程基础(顾宜

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1、幻灯片14-5材料的光学性能opticalpropertiesofmaterials•Basicprinciplesandconceptsrelatingtointeractions•ofelectromagneticradiation(visiblelight)with•solidmaterials(atoms)«•Refraction,reflection,absorption^andtransmission•ofincidentlight^andtheirrelationship*•mechanismofabsorptionandemissionof•

2、electromagneticradiationinmaterials•transparency^translucencyandopacityofmaterials•indexofrefractionanditsapplication•luminescence^photoconductivitjsandlightamplification(lasers)幻灯片24-5材料的光学性能(opticalproperties)4-5-1电磁辐射及其与原子的相互作用Interactionsofelectromagneticradiationandatoms1、光和物质

3、的相互作用—取决于物质电磁性质的基本参数。电导率、介电常数和磁导率2、相互作用是由电子跃迁和极化效应实现的3、光子能量energyEofaphotonE=hc/久=hvelectrontransitionsandelectronicpolarization幻灯片3FIGURE19.2幻灯片4Energy(eV)Wavelength(rn)X-RaysylUltraviolet^-VisibleInfrared10R10610410210°10-2MicrowaveRadio,TV10-410-610"810-10Frequency(Hz)IO'1410-12

4、1O-1010-810-6w410~210°1021041022IO20101810161014101210w1081061041angstrom(A)1门anometer(nm)1micrometer(jim)1millimeter(mm)1meter(m)1kilometer(km)4、固体材料的光学性质，取决于电磁辐射与材料表面、近表面以及材料内部的电子、原子、缺陷之间的相互作用幻灯片54-5-2吸收、反射和透射电罔态—E=0E,E4入射光子&E2初始填充态4电子激发（E^-E^-hv电子衰减戈對尤于加二（艮-虽）分步衰2丿(b)幻灯片61、光的吸收（

5、photonabsorption）（1）光吸收的一般规律朗伯特定律I=I0e—axAbsorbedintensity一吸收系数Absorptioncoefficient空气：^10-5cm-l玻璃：=10-2cm・l金属：则达儿万到儿十万幻灯片7(2)光吸收与光波长radiationabsorptionandwavelength在电磁波谱的可见光区：金属和半导体的吸收系数很大；电介质材料吸收系数小。在紫外吸收端：禁带宽度人的材料，紫外吸收端的波长綾小在红外区：离子的弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量所致选择吸收均匀吸收X=hc/Eg幻灯片82^光的反射(re

6、flection)镜反射、漫反射吸收--发射折射(refractionindex)lgA/Mm-2-4半导体可见光谱n21=sini/sinr_红夕卜无线电波—兀频紫外—X射线/射线入射光束反射系数R:反射率(1-m)：透射系数幻灯片91C=_——FIGURE19.4幻灯片10FIGURE19.5幻灯片11puequo-mpuoopueqdg)uo-lonpuoopuegABEgpueq①Ou①-号pueq①Ou①-号absorbedFigure19.6.幻灯片123、光的透射(transmission)透射率：T=(1-R)2e-al透射率T(transm

7、issivity)^反射率R(reflectivity)^吸收率A(absorptivity)三者之和为1I=I0e—axde6PL」pqA6」①ullipuQqntolot円onXIophA--T—4000000000kJA£2力A/R=(n-l)2/(n+l)2幻灯片13FIGURE19.8幻灯片144、折射指数RefractionIndex折射来源于光线通过透明材料时，由于介质的电了极化使得光速降低，光线在界面弯曲的现彖。折射指数的大小少介质的性质（原子或离子的尺寸、介电常数、磁导率等）和波长相关幻灯片15表4-5-2各种材料在室温对可见光的折射率物质

8、n（折射率）物质n（折射率）空气1.000277玻璃